Một kiểu triển khai khác của sợi quang trong mạng truy nhập là mạng quang tích cực(Active Optical Network-AON). Mạng quang tích cực sử dụng các thiết bị tích cực như các bộ chia tích cực hoặc các bộ ghép kênh ở đoạn phân bố của mạng truy nhập. Có hai dạng cấu trúc triển khai của AON trong mạng truy nhập là FTTCurb và FTTH. Mạng quang tích cực có thể dựa trên các hệ thống truy nhập quang PDH, SDH hoặc ATM. Mạng AON có thể được thiết kế theo dạng phân lớp với các tốc độ dữ liệu tới 155Mbps(STM1) hoặc cao hơn. OLT có thể có nhiều các giao diện quang STM1 hoặc cao hơn về phía mạng truy nhập và các giao diện E1, STM1/STM4, FE/GE về các mạng khác.
Cấu trúc mạng truy nhập quang tích cực FTTH được thể hiện ở Hình 1.24 sau: :
Những ưu điểm chính của AON:
+ Cấu hình linh hoạt
+ Quản lý thuận tiện
+ Có khả năng quản lý cấu hình, điều khiển được dung lượng
+ Có khả năng giám sát chất lượng truyền dẫn
+ Có khả năng quản lý bảo mật
Cấu trúc AON-FTTH tương tự như cấu trúc PON-FTTH. Điểm khác biệt là ODN của AON không sử dụng bộ chia thụ động như trong PON mà sử dụng một phần tử tích cực gọi là nút phân bố tích cực. Nhờ sử dụng phần tử tích cực, cấu trúc truy nhập AON-FTTH cho phép khoảng cách truyền dẫn xa hơn và chia sẻ sợi quang cho nhiều khách hàng hơn cũng như tăng tốc độ truy nhập cho khách hàng.
Trong cấu trúc truy nhập quang tích cực FTTC, phần tử tích cực chính là bộ ONU, phần xử lý chuyển tiếp giữa cáp quang và cáp đồng được đặt trên vỉa hè. Tuy nhiên, do lắp đặt ngoài trời, phần tử tích cực có thể dễ bị lỗi hơn, nhạy cảm với sự thay đổi nhiệt độ, các nhiễu vô tuyến và có nguy cơ bị lỗi do sự cố nguồn điện cao
1.3.4 Khả năng cung cấp dịch vụ
Như trên phân tích, có rất nhiều cấu trúc PON do lịch sử phát triển của nó, bao gồm APON, BPON, EPON, GPON, và WDM PON. Theo hướng phát triển cung cấp dịch vụ qua cáp quang đến tận nhà thuê bao, mạng PON là mạng mục tiêu cung cấp đa dịch vụ FSAN ( Full Servise Acces Network ) qua sợi quang đến người tiêu dùng với chi phí thấp. Bảng 1.5 dưới đây so sánh các công nghệ đến thời gian hiện nay .
Nhận thấy giải pháp EPON được hỗ trợ và phát triển nhanh nhất, nhiều nhà khai thác đã dùng giải pháp này để làm biên mạng truy nhập, thậm chí làm cả lõi mạng truy nhập để thu gom lưu lượng và truyền tải MEN . Tuy nhiên cơ chế duy trì và phục hồi mạng của EPON là chậm nên chỉ có thể áp dụng ở quy mô nhỏ.
Bảng 1.5: So sánh các giải pháp mạng PON
APON BPON EPON GPON WDM PON
Tiêu chuẩn FSAN ITU-T G.983 FSAN ITU-T G.983 EFM IEEE 802.3ah FSAN ITU-T G.984 Chưa Khung ATM ATM, Ethernet,Phân bổ Vodeo Ethernet GPON Encapsulation Mode Không phụ thuộc Tốc độ xuống 622-1244 M 1,244 G 1-10 G 2,488 G 1-10 G Đơn kênh Tốc độ lên 155-622 M 622 M 1-10 G 2,488 G 1/10 G Đơn kênh Số thuê bao/nhánh 16 32 16 64 100’s Băng tần/ Thuê bao 20 M 20 M 60 M 40 M 1-10 G Dịch vụ
Video RF RF RF/IP RF/IP RF/IP
Giá thành Thấp Thấp Thấp nhất Trung bình Cao
Mạng truy nhập quang thụ động PON là giải pháp thích hợp cho mạng truy nhập hiện nay do trước hết không phải thay đổi cấu hình hoặc xây lắp mới tuyến cáp quang, chỉ cần đặt bộ chia tại điểm tập trung cáp, thứ hai là giảm được chi phí nhờ sự chia sẻ môi trường truyền dẫn giữa những người sử dụng và thứ ba là phù hợp với mọi loại hình chuyển giao thông tin nhờ băng tần rộng của sợi quang.
Mạng PON có thể triển khai cho các cấu trúc truy nhập quang như FTTC, FTTB và đặc biệt là FTTH. Trong tương lai, mạng PON có thể kết hợp với kỹ thuật xDSL đóng vai trò như mạng phân bố dịch vụ đến thuê bao. Các ứng dụng trong tương lai chủ yếu tập trung vào cấu hình FTTH gồm những dịch vụ băng rộng bất đối xứng/đối xứng và dịch vụ điện thoại băng hẹp.
ATM-PON là một giải pháp truy nhập thích hợp cho các doanh nghiệp trung bình và lớn. Liên kết LAN, Video hội nghị, liên kết tổng đài nhánh cá nhân PBX và truy nhập Internet băng rộng được xem như những dịch vụ rất quan trọng cho khu vực doanh nghiệp.
Khả năng cung cấp dịch vụ của EPON cũng tương tự như ATM-PON nhưng EPON phù hợp hơn cho các dữ liệu có định dạng IP nhờ trong EPON dữ liệu
được truyền trong các gói có độ dài thay đổi lên tới 1.518 byte theo giao thức IEEE 802.3 cho Ethernet.
Mạng AON có khả năng cung cấp các dịch vụ như: POTs, ISDN BA, ISDN PRA, thuê kênh riêng, xDSL.
Trên thế giới, việc sử dụng công nghệ nào cũng là một đề tài hấp dẫn. Ở Mỹ, đã quyết định chuyển từ BPON sang dùng GPON từ năm 2007, trong khi đó ở Nhật Bản nhà khai thác FTTH lớn nhất thế giới NTT đã chia ra 2 mảng phía đông và phía tây Nhật Bản, phía đông đã chuyển BPON sang EPON ngay từ năm 2004. Một số nhà khai thác ở Châu Âu lại dùng AON, nổi bật là nhà khai thác FastWeb (Italy) và B2 (Sweden), một vài thành phố lớn sử dụng AON như Amsterdam, Vienna .
Kết luận chương
Các dịch vụ viễn thông ngày nay đã có những thay đổi căn bản, đó là dịch vụ băng hẹp trở nên không đáng kể, dịch vụ băng rộng với mục tiêu FSAN (Full Service Access Network) là trọng tâm đối với cả nhà cung cấp dịch vụ và nhà cung cấp hạ tầng mạng. Lưu lượng truyền tải trên mạng là rất lớn, là sự hoà trộn giữa thoại và phi thoại và biến động lớn. Để đáp ứng yêu cầu đó, mạng truy nhập băng rộng phải chuyển dần từ mạng cáp đồng sang mạng cáp quang đến tận nhà thuê bao. Trong quá trình chuyển đổi, do công nghệ thay đổi với tốc độ rất nhanh, đòi hỏi nhà khai thác phải có đánh giá phù hợp cho điều kiện thực tế và xu thế phát triển. Nhằm đem lại hiệu quả cho nhà khai thác và khách hàng sử dụng dịch vụ .
CHƯƠNG 2
CÁC GIẢI PHÁP CẤU TRÚC MẠNG TRUY NHẬP VÀ KHẢ NĂNG CUNG CẤP ĐA DỊCH VỤ
Chương này đưa ra một số cấu trúc mạng cơ bản và khả năng cung cấp dịch vụ của nó, đặc biệt quan tâm đến cấu trúc lõi của mạng truy nhập vì đây là thành phần cơ bản tạo nên từng dạng mạng, khả năng của mạng nhất là mạng sử dụng hỗn hợp xDSL và FTTx.
Mạng truy nhập NGN thực chất là một mạng cung cấp đa dịch vụ trong phạm vi nội vùng ( Thành phố, tỉnh ) với dịch vụ chủ đạo trên nền IP. Yêu cầu đặt ra là nó phải có cấu trúc phù hợp theo từng mục tiêu kinh tế hoặc công nghệ, nhưng phải đạt được là mạng băng rộng toàn phần, đủ khả năng cung cấp Triple Play cho khách hàng, thông qua mạng biên của mạng truy nhập là xDSL hay FTTx.
2.1 Mạng DSL dựa trên mô hình chuẩn TR-025
TR025 được DSL Forum đề xuất năm 1999. Mô hình chuẩn như trên hình 2.1
Hình 2.1 : Cấu trúc chuẩn TR - 025
a. Mô hình chuẩn
+ Mô hình chuẩn mạng lõi: Với cấu trúc ADSL End-To-End bao gồm 2 chức năng và 3 giao diện, trong đó Node truy nhập và mạng băng rộng là 2 khối, U,V,A0 là ba giao diện là U,V và A10.
+ Nút truy nhập là điểm tập trung cho băng rộng và các Data băng hẹp, cung cấp như là đa lớp ATM/hội tụ giữa mạng lõi ATM và mạng truy nhập.
+ Giao diện U: Cung cấp thủ tục PPP over ATM over ADSL tương tự như là TR12 trong lớp 2 kết nối PPP.
+Giao diện V: Là Logic nối khối chức năng riêng ATV-C với chức năng hồi đáp của lớp ATM.
b. Mô hình truy nhập
+ Mạng có khả năng phục vụ được số lượng lớn khách hàng sử dụng để truy nhập Internet, nối với những mạng thành viên hoặc liên lạc cùng hạng.
+ Đối với Internet có khả năng cung cấp tốc độ cao cho gia đình hoặc công ty nhỏ. Thường được cung cấp bởi ISP thông qua mạng lõi băng rộng với sự phối hợp giữa ATM Frame Relay, IP base.
+ Đối với mạng nhỏ dùng cho các công ty, thường liên lạc qua Tunneling qua mạng IP.
Hình 2.2 : Access cấu hình thực tế
+ Với dịch vụ nội hạt, nó thường được kết nối đến mạng băng rộng của vùng hoặc nhà cung cấp vùng.
2.2 Mạng ADSL dựa trên TR-059
Cấu trúc mạng TR059 được đề xuất năm 2003, có mô hình chuẩn như trong hình 2.3:
Hình 2.3 : Mô hình chuẩn TR- 059
Điểm khác mô hình này là BRAS đặt ở mạng băng rộng khu vực, khác với TR025 là đặt ở ISP. Nhiệm vụ chính của BRAS trong TR025 là kết nối cuối PPP (PPP Termination) nhưng trong TR059 thêm chức năng quản lý chất lượng dịch vụ, quản lý lưu lượng nâng cao.
Cả hai mô hình TR025 và TR059 đều được cấu trúc cho mạng lõi ATM. Chồng giao thức của TR059 tại giao diện U có th ể:
Tại lớp mạng: Hỗ trợ IPV4 và có khả năng hỗ trợ IPV6 và hỗ trợ PPP0E theo tiêu chuẩn 1ETF RFC 2516.
Tại lớp Data: hỗ trợ đóng gói Ethernet theo IETF 2684 và lớp vật lý hỗ trợ G.dmt.
Hình 2.4 mô tả điểm nối giữa modem DSL và thiết bị mạng LAN. Tại đây hỗ trợ chuyển gói IP giữa mạng khu vực với CPE sử dụng DHCP. Giao diện T thực hiện quá trình hỗ trợ dòng Q0S.
2.3 Mạng dựa trên cấu trúc theo TR101
Cấu trúc mạng TR 101 được đề xuất tháng 4 năm 2006 nhằm tận dụng lợi thế của mạng Ethenet. Mô hình chuẩn như trên hình 2.5:
Hình 2.5 : Mô hình chuẩn TR - 101.
Trong TR 101 chức năng của BNG bao gồm cả chức năng BRAS và các chức năng khác nhất là sử dụng làm bộ định tuyến ngoại biên (EdgE Router). Mạng kết tập thu gom lưu lượng ở đây dựa trên nền tảng kiến trúc Ethernet trong đó.
- Giao diện V: sử dụng Ethernet làm giao thức vận chuyển mà không dùng ATM.
Hỗ trợ sử dụng 2 hay nhiều BNG cung cấp dịch vụ có tốc độ cao hơn vì đưa các Access node đến gần người dùng và có tính khả dụng cao.
- Giao diện U: Có thể hỗ trợ khung Ethernet trực tiếp (Direct Ethernet Frame) trên DSL.
Chồng giao thức tại giao diện U được mô tả như trong TR43.
“a” được gọi là IP0 E0 A; “b” là PPP0 E0 A; “c” là IP0 A; “d” là PPP0A. Nod truy nhập cần có khả năng chuyển giao thức “c”, “d” thành các giao thức mà giao diện V hỗ trợ .
Chồng giao thức “f”, “g” được sử dụng trong trường hợp hỗ trợ khung Ethernet trực tiếp và được gọi là IP0E hay PPP0 E. Cổng truy nhập dùng IP0E và
PPP0E thường được gọi là cổng cầu nối. Các giao thức Ethernet có thể hỗ trợ 802.1Q để tạo VLAN và đánh dấu mức độ ưu tiên ( Priority Marking ).
- Tính khả dụng cao hơn.
- Giao diện U có thể hỗ trợ khung Ethernet trực tiếp (direct Ethernet frame) trên DSL.
Chồng giao thức ở giao diện U biểu diễn trên hình 2.6 . Chồng giao thức (stack) “a”, “d” được mô tả trong TR-043.
“a” được gọi là IP0 E0 A; “b” là PPP0 E0 A; “c” là IP0 A; “d” là PPP0A. Access Node cần có khả năng chuyển (translate) giao thức “c”, “d” thành các giao thức mà giao diện V hỗ trợ.
Hình 2.6 : Chồng giao thức ở giao diện U
Chồng giao thức “f”, “g” được sử dụng trong trường hợp hỗ trợ khung Ethernet trực tiếp và được gọi là IP0E hay PPP0E. Cổng truy cập dùng IPoE và PPP0E thường được gọi là cổng cầu nối (bridged port). Các giao thức Ethernet có thể hỗ trợ 802.1Q để tạo VLAN và đánh giá mức độ ưu tiên.
Access Node
Access node là điểm kết tập đầu tiên của mạng truy cập DSL đồng thời cho phép kết cuối tín hiệu lớp vật lý DSl, có khả năng:
- Kết cuối lớp ATM.
- Có giao diện Ethernet ở hướng lên kết nối với mạng kết tập.
- Khi cung cấp ATM ở giao diện U, có chức năng liên kết nối giữa ATM ở phía người dùng và Ethernet ở phía mạng, cung cấp chuyển đổi giao thức, xác định mạch vòng truy cập, chất lượng dịch vụ Q0S, bảo mật, bảo trì, bảo dưỡng, quản lý. Trên hình 2.7 thể hiện chức năngkết nối Inter-Working Function.
- Cung cấp khung Ethernet ở mạch vòng truy cập để cung cấp dịch vụ khung Ethernet trực tiếp.
- Hỗ trợ Multicast. - Tách biệt người dùng.
Hình 2.7 : Chức năng kết nối (IWF) giữa ATM & Ethernet . Giao diện V (biểu diễn trên hình 2.8 ):
Giao diện V cung cấp các chức năng sau: - Tập kết lưu lượng.
- Phân biệt lớp các dịch vụ.
- Ngăn cách và dò vết người dùng.
Vì mạng kết tập là Ethernet nên cả Access Node và BNG đều trang bị giao diện Ethernet, do đó giao diện V là Ethernet. Cơ chế phân tách các mạng Ethernet thành các mạng LAN ảo (VLAN) sử dụng giao thức 802.1q và được bổ sung trong 802.1ad. Các thẻ VLAN (VLAN tag) cho phép nhóm các lưu lượng có chung tính chất, mức độ dịch vụ thành một VLAN có VID= x, các nhóm lưu lượng khác thành một VLAN có VID=y.
Như vậy chúng ta đã đánh dấu được lớp các dịch vụ nhờ sử dụng trường ưu tiên gồm 3 bit (3-bit priority) và do đó phân biệt được các dịch vụ này.
Ngoài ra, giao diện V còn cho phép lồng 2 thẻ VLAN để cung cấp một tổ hợp 16 triệu (224) VLAN khác nhau. Giao diện U có thể cung cấp thẻ VLAN gọi là C-VLAN tag bên trong (inner tag). Giao diện V cung cấp thẻ VLAN gọi là S- VLAN tag bao bên ngoài (outer tag).
Hình 2.8: Chồng giao thức ở giao diện V
Mạng kết tập Ethernet:
Các mạng kết tập Ethernet cần phải cung cấp các tính năng mà mạng dựa trên ATM cung cấp, ngoài ra nó còn cung cấp các tính năng khác; có 3 dạng Mạng kết tập là kết nối trực tiếp, kết nối phân cấp theo lớp và kiến trúc vòng, như hình 2.9:
- Hỗ trợ ưu tiên lưu lượng (prioritizc traffic) để điều khiển nghẽn. - Hỗ trợ Multicast.
- Cung cấp tính năng khả dụng cao (high avilability). - Hỗ trợ kết nối 802.lad.
- Ngăn tách người dùng.
Mạng kết tập Ethernet cần phải hỗ trợ các mạng truy cập đã triển khai và nhất là nó hỗ trợ mạnh mẽ mạng Metro Ethernet thứ cấp. Đó là lý do chúng ta có thể sử dụng mạng MAN để chuyển lưu lượng DSL và cả lưu lượng các mạch vòng quang thứ cấp khác trong đó có cả cấu trúc FTTx.
Hình 2.9 : Các kiến trúc mạng kết tập Ethernet
Broadband Network Gateway-BNG
Kiến trúc TR-101 yêu cầu BNG cần hỗ trợ các tính năng sau:
- Cần có khả năng kết nối cuối lớp Ethernet và các giao thức tương ứng.
- Cần bổ sung các tính năng tương ứng với tính năng trên Access Node như xác định mạch vòng, chất lượng dịch vụ Ethernet, an ninh và tính năng bảo trì, bảo dưỡng, quản trị OAM.
Kiến trúc TR-101 hỗ trợ dùng hai BNG song song (dual BNG node). Theo kiến trúc này thì cả hai BNG không cần phải hỗ trợ toàn bộ tính năng mà chỉ cần 1
BNG hỗ trợ, BNG còn lại chẳng hạn dùng làm BNG cho video, không cần đặt tính năng quản lý thuê bao ( kết cuối PPP, chất lượng dịch vụ từng user-per Q0S ) như BNG kia. Việc triển khai nhiều hơn hai BNG cũng được đề cập trong khuyến nghị.
Kiến trúc Multicast
Một trong những động lực chính để chuyển sang kiến trúc mạng kết tập Ethernet là khả năng cung cấp dịch vụ hình ảnh (broadcast lẫn unicast). Các tính năng hỗ trợ Multicast trong khuyến nghị TR-101 bao gồm:
- Sử dụng lớp 2 hữu hiệu thông qua cơ chế VLAN N:1